结构力学教学中工程实践能力的培养★

贾 程

(盐城工学院，江苏 盐城 224000)

0 引言

土木工程专业应用型“卓越计划”的主要培养目标是为社会培养掌握土木工程专业的基本知识和基本理论，获得土木工程师的基本训练并具有创新能力，适应我国经济社会发展需要的实用型工程技术人才。盐城工学院土木工程专业新的“2.5+1.5”培养模式正是适应这一培养目标而制定的。

在土木工程专业课程设置体系中，结构力学课程具有不容置疑的重要地位，其教学质量直接影响到学生工程实践能力的培养［1］。在结构力学教学改革中，不仅要注重基本知识和基本理论的掌握，更要注重培养学生的工程实践能力。本文将从以下几个方面重点介绍在结构力学教学过程中提高学生分析问题、解决问题的能力，培养其工程实践能力的措施。

1 强调定性分析

在进行工程设计和处理实际工程问题时，需要设计人员具有对结构合理形式、结构的变形和内力的总体概念和分析能力，还需要具有对工程计算数据、突发现象和问题做出迅速科学判断的能力，这就是所谓的定性分析。要求在学习结构力学时，不仅仅要掌握结构力学的核心概念和基本方法，更重要的是让学生能够正确灵活地应用各种方法，并具有对计算结果进行校核、对内力分布的合理性等做出定性判断的能力［2］。

教师在讲授过程中，要重视引导学生逐步增强定性分析的意识，培养定性分析的习惯。

比如，结构力学中的约束问题。约束包括杆件的连接结点和支座，不同类型的约束有其内力和变形的特点。这些约束构成了结构分析的控制点。以单跨单层刚架为例，按支座以及结点的约束条件，刚架可分为无铰刚架、两铰刚架和三铰刚架。引导学生思考并得出这三种刚架的区别:无铰刚架为3次超静定结构，结构内力小，刚度好，对基础要求高;三铰刚架为静定结构，内力大，刚度差，对地基要求不高;两铰刚架介于两者之间。学生就会有这样的定性认识:在设计中通过增加约束，可以提高结构的承载力，增强结构的刚度。又如，在教学中训练学生快速作弯矩图。学生在训练时往往觉得无从下手，“快速”两字更无从谈起，这就要求学生“抓住本质，化繁为简”。这样，一方面可以提高学生对结构力学的兴趣，另一方面可以提高其力学素养，对后期处理工程实际问题有着深远的意义。

2 实施案例教学

注重在课堂中进行案例展示。教师要针对结构力学的具体内容，收集实践工程案例，建立并完善工程案例资料库。课堂上先通过图片、视频和动画等动态元素，创设实际工程情境，让学生对案例有直观的了解，找出案例中的关键性问题，从而引出本部分教学内容对应的工程任务。

比如，在讲解“结构的几何组成分析”这章内容时，学生对“约束”“自由度”“几何不变体系”“几何可变体系”“瞬变体系”等一些概念理解不透，则可以以南京长江二桥等大跨度斜拉桥为例来介绍，还可以利用动画来演示几何可变体系的运动现象［3］。又如，在讲授三铰拱的内力计算时，首先给出几座拱桥的图片，让学生思考拱形结构的特点，然后给出一个曲梁的例子，引导学生比较拱与梁有何特点，进一步得出在同样荷载下，三铰拱的弯矩比简支曲梁的弯矩小的结论。再如，在讲解超静定结构时，首先给出国家大剧院和奥运会国家体育场鸟巢的图片，展现其内部复杂的杆件体系，引导学生思考并讨论为什么工程中多选用超静定结构，再引出超静定结构的特点，让学生了解超静定结构的难点，从而引出超静定结构的解题思路，让学生考虑如何将求解复杂的超静定问题转化为比较简单的静定结构来处理。

通过在课堂上介绍一些国内外的实际工程，把学科前沿的知识传递给学生，进行各种形式的讨论，丰富学生的知识结构，拓展学生的思维眼界，促使学生对结构力学与工程实际的联系进行深入思考。实践证明，这样的教学方式大大提高了学生的学习主动性，很多学生认真思考，积极求证，甚至课后还与教师交流讨论，这种教学效果在传统教学过程中是比较少见的。

3 重视实践性教学环节

3.1 钢桁架实验

增设结构力学实验，不仅可以大大激发学生的兴趣、主动性和创造精神，还可以培养学生分析能力、动手能力，从而提高其工程实践能力。根据盐城工学院土木工程学院实验室的现有条件，静定桁架加载实验是完全可以开展的。学生可以利用简支钢桁架静载实验装置进行桁架的应变测试和挠度测试。该装置中采用箔式电阻应变计测量杆件应变，采用百分表测量下弦杆结点挠度。通过实验，可以计算出杆件的内力分布和挠度曲线，采用逐级加载的方式，让学生掌握杆件内力、位移与荷载的关系，并要求学生将实验结果与理论计算结果进行验证比较。另外，还可以利用课余时间，进行连续梁、简单框架等结构力学实验。这样，不仅可以用实验结果验证理论计算结果，巩固结构力学知识，还可以培养学生的动手能力和创新意识，培养其工程实践能力。

3.2 结构力学求解器

结构力学求解器是一种计算机辅助分析计算软件，其求解内容包括二维平面结构(体系)的几何组成部分、静定、超静定、位移、内力、影响线等问题，全部采用精确解答。在教学中引入结构力学求解器，让学生将电算结果与手算结果相互验证，完成电算实验报告，培养学生使用软件分析工程实际问题的能力。另外，对数值计算和编程感兴趣的学生，教师还可以将源程序给出，鼓励学生动手改编程序来分析各种典型问题，可以促进学生对所学内容的掌握和理解，训练使用计算机解决问题的能力，可以大大提高学生利用计算机分析工程实际问题的能力，但此环节有一定的难度，且比较耗时，教师可根据教学情况具体实施。

3.3 结构模型设计与制作

为提高学生对结构力学概念的应用和工程实践能力，可以在课外教学中进行结构模型设计与制作［4］。构建柔性开放式结构力学研学实践平台，针对教学重点，设计一定数量的模拟工程实践的项目，如悬索桥、减震基础、桁架等，供学生自主选择。利用平台积极开展研学活动，将力学概念与工程实践紧密联系。比如，让学生自己动手设计和制作多层框架房屋模型，并利用实验室振动台模拟地震波，让学生真切感受地震对于结构的破坏作用或者模拟在移动荷载作用下的桥梁结构，让学生对移动荷载对结构的作用有明确的认识。结构模型设计制作，具有趣味性和概念性，大大地扩展了师生们的视野，丰富了教学生活，让学生在实践中快乐的学习，有利于激发学生学习结构力学课程的热情，激活学生用力学概念进行结构设计的潜质，锻炼工程思维能力。

4 完善考核体系

传统的以闭卷考试和平时成绩按一定比例确定的最终成绩，很难全面反映学生的学习状况。有些平时学习态度认真，学习效果较好的学生可能会因考试发挥失常得低分，有些学习不认真的学生，有可能投机取巧得高分。所以，结构力学课程要加强平时考核力度，最终评定成绩可以考虑期中考试、期末考试、结构力学实验报告、结构电算报告、平时成绩等多个方面。另外，对部分工程实用性较强的内容，可以采取布置项目作业的形式进行考核。

5 开展课外知识讲座

邀请教学名师开展“怎样学好结构力学”的讲座，具体到针对结构力学的不同章节的学习方法;邀请课程组教师针对教学过程中学生感兴趣的主题，由浅入深、分层次开展系列专题讲座。通过知识讲座开阔学生的视野，活跃学生的思路，培养学生联系实际的能力。

6 参加结构力学竞赛

结构力学竞赛是课堂教学的一种补充方式，有利于激发学生学习课程的兴趣和与相关专业课结合的意识［5］。竞赛内容往往是课程教学的重点和难点内容，任课教师就必须不断改进教学方法，相互交流教学经验，促进教学研究和教材建设方面的提高。另外，竞赛还能增进院校之间在课程教学方面的交流，所以，适当开展结构力学竞赛活动，对结构力学课程教学和专业课教学具有积极的意义。

以上是针对结构力学教学中工程实践能力培养的几点想法。我们将虚心学习和借鉴兄弟学校的教学经验，推动结构力学课程教学改革，促进我校土木工程专业结构力学教学水平的提高。

［1］朱慈勉，张伟平.结构力学［M］.第2版.北京:高等教育出版社，2009.

［2］崔清洋，张大长，朱 华.结构力学［M］.第2版.武汉:武汉理工大学出版社，2010.

［3］贾 程，陈卉卉.应用型本科结构力学课程教学方法探讨［J］.山西建筑，2012，38(13):279-280.

［4］周 臻，陆金钰，尹凌峰，等.面向卓越土木工程师培养的结构力学教学改革与实践［J］.高等建筑教育，2012，21(4):74-77.

［5］魏德敏，王 勇.以竞赛促进“结构力学”课程教学改革［J］.理工高教研究，2007，26(1):105-106.